Pentru ce este legea moore și pentru ce este vorba?

Legea lui Moore se referă la o observație făcută de co-fondatorul Intel Gordon Moore în 1965, în care a descoperit că numărul tranzistorilor pe centimetru pătrat în circuitele integrate s-a dublat an de an de la inventarea sa.

Legea lui Moore prevede că această tendință va rămâne intactă pentru anii următori. Deși rata a scăzut, numărul tranzistorilor pe un inchi pătrat s-a dublat aproximativ în fiecare an și jumătate. Aceasta este utilizată ca definiția actuală a Legii lui Moore.

Indice de conținut

Versiunea simplificată a acestei legi prevede că vitezele procesorului sau puterea totală de calcul pentru computere se vor dubla la fiecare doi ani. O verificare rapidă între tehnicieni de la diferite companii de calculatoare arată că termenul nu este foarte popular, dar regula este încă acceptată.

Dacă am examina vitezele procesorului din 1970 până în 2018 și apoi din nou în 2019, am putea crede că legea și-a atins limita sau se apropie. În anii '70, vitezele procesorului variau de la 740 KHz la 8 MHz. Cu toate acestea, legea este de fapt mai exactă pentru aplicarea tranzistoarelor decât pentru viteză.

Cantitatea de putere de calcul pe care o putem folosi acum pe cele mai mici dispozitive este oarecum remarcabilă în comparație cu ceea ce s-ar putea realiza, să zicem acum un deceniu.

Privind în urmă, chiar și cinci ani sau ceva, un computer care era cel mai bun la vremea respectivă ar fi considerat învechit dacă este comparat cu un computer actual.

Acest lucru este posibil doar pentru că producătorii de cipuri sunt capabili să crească în mod semnificativ numărul de tranzistoare pe un cip în fiecare an, pe măsură ce progresele în cercetarea cipurilor se îmbunătățesc.

Extensia Legii lui Moore constă în faptul că computerele, componentele alimentate de calculator și puterea de calcul devin mai mici și mai rapide în timp, deoarece tranzistoarele din circuitele integrate devin mai eficiente.

Tranzistoarele sunt simple întrerupătoare electronice de pornire, integrate în microcipuri, procesoare și circuite electrice mici. Cu cât prelucrează mai rapid semnalele electrice, cu atât un computer devine mai eficient.

De asemenea, costurile acestor computere cu putere mai mare au scăzut de-a lungul timpului, în general în jur de 30 la sută pe an. Când designerii de hardware au crescut performanța calculatoarelor cu circuite integrate mai bune, producătorii au putut crea mașini mai bune care ar putea automatiza anumite procese. Această automatizare a creat produse la prețuri mai mici pentru consumatori, deoarece hardware-ul a creat costuri mai scăzute ale forței de muncă.

Legea lui Moore în societatea actuală

La cincizeci de ani după Legea lui Moore, societatea contemporană vede zeci de beneficii expuse de această lege. Dispozitivele mobile, cum ar fi smartphone-urile și computerele desktop, nu ar funcționa fără procesoare foarte mici. Calculatoarele mai mici și mai rapide îmbunătățesc transportul, asistența medicală, educația și producția de energie. Aproape fiecare fațetă a unei societăți de înaltă tehnologie beneficiază de conceptul legii Moore pus în practică.

Astăzi, toate procesoarele de consum sunt fabricate din siliciu, al doilea element cel mai abundent în scoarța terestră, după oxigen. Însă siliconul nu este un conductor perfect, iar limitele mobilității electronilor pe care le transportă au o limită dură la cât de gros poți împacheta tranzistoarele de siliciu.

Dar consumul de energie nu numai că este o problemă uriașă, ci și un efect numit tunel cuantic poate provoca probleme în păstrarea electronilor conținute peste un anumit prag de grosime.

Tranzistoarele de siliciu ajung în prezent la 14 nanometri și, în timp ce unele proiecte de cip de 10 nanometri vor ajunge pe piața în curând, s-a ajuns la concluzia că pentru a respecta Legea lui Moore pentru o perioadă lungă de timp, companiile vor trebui să creați materiale mai noi și mai bune pentru a fi baza computerelor de generație viitoare.

Legea lui Moore în viitor

Datorită nanotehnologiei, unele tranzistoare sunt mai mici decât un virus. Aceste structuri microscopice conțin molecule de siliciu și carbon perfect aliniate care ajută la deplasarea mai rapidă a electricității de-a lungul circuitului.

În cele din urmă, temperatura tranzistoarelor face imposibilă crearea de circuite mai mici, deoarece răcirea tranzistoarelor necesită mai multă energie decât ceea ce trece prin tranzistoare. Experții arată că calculatoarele trebuie să atingă limitele fizice ale Legii lui Moore cândva în următorii ani. Când se va întâmpla acest lucru, oamenii de informatică vor trebui să examineze modalități complet noi de a crea calculatoare.

Aplicațiile și software-urile ar putea îmbunătăți viteza și eficiența calculatoarelor în viitor, mai degrabă decât procesele fizice. Tehnologia cloud, comunicarea fără fir, internetul lucrurilor și fizica cuantică ar putea juca, de asemenea, un rol important în inovarea tehnologiei informației.

Progresele spre dublarea numărului de circuite au încetinit, iar circuitele integrate nu pot fi mult mai mici, deoarece tranzistoarele se apropie de dimensiunea unui atom.

La un moment dat în viitor, progresele în software sau hardware pot menține viu visul Legii lui Moore. Cu toate acestea, industria calculatoarelor pare să fie pregătită să apeleze la un alt curs care va avansa în câțiva ani.

Progresul Legii lui Moore

Deși Legea lui Moore a spus-o la fiecare doi ani, această creștere rapidă a producției tehnologice a scurtat perioada în mintea tehnicienilor și a utilizatorilor.

Limitarea care există este că, odată ce tranzistoarele pot fi create la fel de mici ca particulele atomice, nu va mai fi loc pentru creșterea pe piața procesorului atunci când vine vorba de viteze.

Moore a menționat că numărul total de componente din aceste circuite s-a dublat aproximativ în fiecare an, așa că a extrapolat această duplicare anuală în deceniul următor, estimând că microcircuitele din 1975 ar conține un uluitor 65.000 de componente pe cip.

În 1975, pe măsură ce rata de creștere a început să încetinească, Moore și-a revizuit intervalul de timp de doi ani. Legea sa revizuită era un pic pesimistă; La aproximativ 50 de ani după 1961, numărul tranzistoarelor s-a dublat aproximativ la fiecare 18 luni. Ulterior, revistele s-au referit în mod regulat la legea lui Moore ca și cum ar fi o lege tehnologică cu securitatea legilor mișcării lui Newton.

Ceea ce a făcut posibilă această explozie dramatică în complexitatea circuitului a fost dimensiunea redusă a tranzistoarelor de-a lungul deceniilor.

Caracteristicile tranzistorului care măsoară mai puțin de un micron au fost obținute în anii 1980, când cipurile de memorie dinamică cu acces aleatoriu (DRAM) au început să ofere capacități de stocare de megabyte.

În zorii secolului 21, aceste caracteristici s-au apropiat de 0, 1 microni, permițând fabricarea de cipuri de memorie gigabyte și microprocesoare care funcționează la frecvențele gigahertz. Legea lui Moore a continuat în a doua decadă a secolului XXI, cu introducerea tranzistoarelor tridimensionale tridimensionale.

Sfârșitul aproape al Legii lui Moore

Deoarece Legea lui Moore sugerează o creștere exponențială, este puțin probabil să continue la nesfârșit. Majoritatea experților se așteaptă ca Legea lui Moore să dureze încă două decenii. Unele studii au arătat că în 2018 ar putea fi atinse limitări fizice.

Conform unui raport recent al International Roadmap for Semiconductors (ITRS), care include giganti de cipuri precum Intel și Samsung în sine, tranzistoarele ar putea ajunge într-un punct în care nu ar putea fi reduse în continuare până în 2021. Companiile susțin că, pentru a atunci, nu va mai fi viabil din punct de vedere economic să le facem mai mici, încheind în sfârșit Legea lui Moore.

Aceasta înseamnă că, deși ar putea fi mai mici din punct de vedere fizic, în teorie ar realiza ceea ce ITRS numește „minimul economic”, ceea ce înseamnă că acest lucru ar face ca costurile să fie prohibitive.

Nu este prima dată când teoria lui Moore a fost pusă la îndoială. Anul trecut, directorul executiv al Intel, Brian Krzanich, a anunțat că redimensionarea de la un tranzistor la altul durează doi-doi ani și jumătate. Krzanich a pus la îndoială acest lucru în timpul unui apel de câștig de la Intel, spunând că procesele de fabricație nu au progresat în același ritm ca în trecut.

Cu toate acestea, ITRS consideră că acest lucru nu înseamnă sfârșitul conceptului din spatele Legii, întrucât producătorii găsesc modalități din ce în ce mai inovatoare de a introduce mai multe întrerupătoare într-un spațiu dat. Luăm de exemplu tehnologia 3D NAND de la Intel, care implică stivuirea a 32 de straturi de memorie una peste alta pentru a crea capacități imense de stocare.

Cuvinte finale și concluzie

Până acum, Legea lui Moore s-a dovedit corectă, încă o dată, și, prin urmare, s-a spus că este responsabilă pentru majoritatea progreselor în era digitală, de la PC-uri la supercomputere, datorită Utilizarea în industria semiconductorilor pentru a ghida planificarea pe termen lung și a stabili obiective pentru cercetare și dezvoltare.

Legea lui Moore este o lege a economiei, nu una fizică. Acesta indică faptul că fiecare cip nou va avea de două ori mai mult tranzistoare și, prin urmare, va calcula capacitatea generației anterioare pentru același cost de producție.

Această simplă regulă generală a alimentat toate progresele înregistrate în revoluția tehnologică de peste o jumătate de secol și continuă să definească limitele din ce în ce mai lărgite ale tehnologiei actuale, permițându-ne să luăm concepte precum inteligența artificială și vehiculele autonome - și să le realizăm.

Această lege a câștigat notorietate, deoarece oamenilor le plac legile care le permit să prezică viitorul uneia dintre cele mai mari industrii din lume, dar baza fizică a acestui principiu înseamnă că este ușor diferită și mai puțin fiabilă decât mulți oameni crede.

Limitările fizice în realizarea acestor jetoane ar putea împinge cu ușurință acest număr înapoi la cinci ani sau mai mult, invalidând efectiv Legea lui Moore pentru totdeauna.

Imagini sursă Wikimedia Commons